.jpg)
Ученые из Университета Модены и Реджо-Эмилии в Италии, Технологического университета Компьена во Франции совместно с инженерами из HYDAC Technology, Faber Industrie и Hydrogen Refueling Solutions разработали новый способ сжатия водорода для заправки тяжелых транспортных средств с помощью гидравлики. Эта работа стала частью проекта, цель которого заключается в создании более надежных и энергетически эффективных водородных станций для автобусов, грузовиков и поездов.
Основная проблема заправки водородом состоит в том, что этот газ обладает очень низкой плотностью, и для его хранения в достаточном количестве на борту транспортного средства необходимо сжимать его вплоть до 70 МПа. Механические компрессоры, которые для этого используются, часто отличаются дороговизной, большим расходом энергии, требуют сложного обслуживания и подвержены износу. Ученые предложили применять гидропневматические аккумуляторы, в которых водород сжимается не поршнем, а давлением гидравлического масла, деформирующего эластичную мембрану с газом внутри.
В основе разработки лежит модульная двухступенчатая система сжатия. На первой ступени водород поднимается от давления источника (например, 5 МПа) до промежуточного уровня около 14 МПа, а на второй − до требуемых 35-40 МПа для заправки баков тяжелой техники. Ключевым инженерным решением стало соотношение аккумуляторов. Три мембранных аккумулятора на первой ступени обслуживают один аккумулятор на второй ступени, что обеспечивает согласованность их работы и сохраняет безопасный коэффициент сжатия. Это позволяет исключить перегрев и деградацию мембран. Система поддерживает три режима работы: "Байпас", когда давление в источнике является достаточным для прямой подачи, "Параллельный", предусматривающий быструю заправку с использованием обеих ступеней, и "Последовательный", при котором происходит поэтапное сжатие при низком давлении на входе.
Для проектирования и оптимизации системы ученые создали детализированную модель, которая учитывала гидравлические, газодинамические и тепловые процессы, свойства материалов и алгоритмы управления. Моделирование позволило подобрать оптимальные параметры оборудования, включая гидравлические насосы с наиболее подходящими характеристиками, а также определить расположение теплообменников, обеспечивающих эффективное охлаждение водорода между ступенями.
Расчеты показали, что такая станция способна заправить 25 кг водорода в бак объемом 1250 литров примерно за десять минут, что соответствует требованиям к коммерческим водородным заправкам. Удельное потребление энергии составило от 1,11 до 1,54 кВт·ч на килограмм водорода, что сопоставимо с показателями лучших современных технологий. При этом температура водорода в процессе не превышала 120 oC, что гарантирует безопасность работы оборудования.
Созданная архитектура уже сейчас допускает добавление третьей ступени для работы с еще более низкими начальными давлениями. В дальнейшем возможен переход к адаптивному алгоритму переключения режимов, который также позволит повысить общую эффективность. В настоящее время ученые готовятся к созданию физического опытного образца для проведения испытаний.
